秦網(wǎng)根 張銀 張潤(rùn) 李鵬飛

摘要：板樁碼頭面層塌陷、鋼板樁接縫漏水等劣化問題會(huì)影響碼頭的結(jié)構(gòu)安全，為及時(shí)了解結(jié)構(gòu)的安全狀況，本文依托某鋼板樁碼頭，采用外觀調(diào)查、水下探摸及探地雷達(dá)掃測(cè)相結(jié)合的方法綜合評(píng)定碼頭結(jié)構(gòu)安全狀況，判斷碼頭存在的劣化問題，全面準(zhǔn)確地為碼頭的進(jìn)一步加固設(shè)計(jì)和修復(fù)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋼板樁碼頭;結(jié)構(gòu)安全;水下探摸;探地雷達(dá)

中圖分類號(hào)：U656.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）03-0036-03

板樁碼頭因在陸地施工建設(shè)、施工快、工期短、造價(jià)低、不占用港池面積等一系列優(yōu)點(diǎn)，已在砂性土、軟弱土等不同地質(zhì)環(huán)境下被廣泛應(yīng)用，然而，板樁碼頭在使用過程中，因后方陸域堆載過大、環(huán)境激振、碼頭施工工藝導(dǎo)致鋼板樁鎖口以及混凝土板樁間止水問題不佳，易導(dǎo)致碼頭板樁間產(chǎn)生漏砂漏土通道，且劣化問題發(fā)現(xiàn)時(shí)，面層以下存在大范圍沉陷、空洞現(xiàn)象。如何快速排查板樁碼頭地表以下缺陷區(qū)域、摸清水面以下樁間縫隙情況，以及可能存在的其它劣化問題，是保障工程安全和預(yù)防碼頭安全事故發(fā)生的關(guān)鍵。

本文依托某鋼板樁碼頭，針對(duì)板樁與胸墻連接處發(fā)現(xiàn)的滴水聲、人行道局部位置出現(xiàn)沉降過大現(xiàn)象進(jìn)行問題排查，首先通過采用外觀普查，詳細(xì)了解碼頭存在的表觀劣化情況，然后對(duì)碼頭地表采用探地雷達(dá)進(jìn)行掃測(cè)，重點(diǎn)排查存在的空洞缺陷范圍，查清碼頭面以下是否存在地表沉陷等問題，對(duì)板樁水下區(qū)域采用水下探摸進(jìn)行板樁縫隙情況檢查，綜合判斷碼頭存在的劣化問題，為碼頭的進(jìn)一步加固設(shè)計(jì)和修復(fù)提供依據(jù)。

1工程概況

本工程位于挖入式港池，如圖1所示，在港池下 游側(cè)沿縱深方向依次布置泊位3個(gè)，下游段長(zhǎng)183m， 船舶采用順靠型式;在港池底端依次布置10個(gè)泊位， 長(zhǎng)170m，船舶靠泊時(shí)采用丁靠型式，碼頭均采用板樁 結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)型式采用 OZ27型鋼板樁結(jié)構(gòu)，鋼板樁壁厚 11.0mm，樁長(zhǎng)17.4m，頂標(biāo)高0.9m，底標(biāo)高-16.5m， 鋼板樁采用拉錨結(jié)構(gòu)，前墻為沉樁后在樁頂現(xiàn)澆“L”型鋼筋混凝土胸墻形成直立岸壁式板樁墻結(jié)構(gòu)，頂標(biāo)高 為5.4m，低標(biāo)高為0.5m，寬0.5～1.5m。在碼頭后方距 前沿26m 處現(xiàn)澆連續(xù)鋼筋混凝土錨碇板，錨碇墻為“L”型，頂高程為2.80m，底高程為0.0m，厚0.4m，基礎(chǔ) 為100mm 厚素混凝土和300mm 厚二片石墊層。在碼頭運(yùn)營(yíng)過程中，發(fā)現(xiàn)板樁與胸墻連接處存在滴水聲、人行道局部位置出現(xiàn)沉降過大現(xiàn)象，為查找原因，采用外觀調(diào)查、探地雷達(dá)檢測(cè)、水下探摸檢測(cè)等，綜合分析碼頭存在的劣化問題。

2檢測(cè)內(nèi)容及方法

2.1缺陷外觀調(diào)查

板樁碼頭存在漏砂漏土路徑，碼頭后方面層會(huì)發(fā)生開裂、塌陷，面層以下會(huì)存在空洞等現(xiàn)象，檢測(cè)中詳細(xì)檢查碼頭面層、胸墻、板樁等水工建筑物構(gòu)件的破損狀況，對(duì)碼頭板樁水上部分外觀進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)破損、扭曲、接縫漏水等情況做出詳細(xì)記錄，面層敲打時(shí)如發(fā)生聲音沉悶，出現(xiàn)“咚、咚、咚”聲音，記錄其發(fā)現(xiàn)的所處位置。

2.2水下結(jié)構(gòu)探摸檢測(cè)

受水位影響，該工程板樁結(jié)構(gòu)基本在水面以下，如板樁鎖扣咬合不好，在接縫處易發(fā)生漏砂漏土現(xiàn)象，如存在這種現(xiàn)象，樁間可能會(huì)存在縫隙、局部渾濁、翻泡現(xiàn)象。針對(duì)水下結(jié)構(gòu)的狀況，擬采用水下探摸對(duì)碼頭水下結(jié)構(gòu)物存在的安全隱患進(jìn)行詳細(xì)檢查。具體檢測(cè)方法，一是由潛水員徒手及使用專用工具，對(duì)碼頭水下結(jié)構(gòu)物周圍表面至河床部位進(jìn)行探摸、檢測(cè)，排查碼頭鋼板樁是否有錯(cuò)位、損壞、異?，F(xiàn)象;二是由潛水員對(duì)碼頭水下基礎(chǔ)附近的河床地理環(huán)境及情況進(jìn)行探摸、檢測(cè)，主要探摸檢測(cè)基礎(chǔ)附近河床是否有較大的凸凹及異?，F(xiàn)象。

2.3板樁墻后下方情況檢測(cè)

針對(duì)本工程板樁碼頭墻后人行道局部區(qū)域出現(xiàn)的不均勻沉降情況，擬采用 sir-3000型探地雷達(dá)，為了能夠探測(cè)較深位置，選擇中心頻率為400MHz 的高頻天線對(duì)地基進(jìn)行淘空、不密實(shí)情況探測(cè)。

2.3.1基本原理

探地雷達(dá)（Ground Penetrating Radar），通過發(fā)射天線，以脈沖形式將頻率在1～1000MHz 之間的高頻電磁波定向地送入地下。電磁波在有電性差異的地下介質(zhì)中傳播或遇到有電性差異的目標(biāo)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁波反射，接收天線會(huì)接收反射回地面的電磁波。對(duì)得到的電磁波信號(hào)的電性、波形、幾何形態(tài)特征等進(jìn)行分析研究，再推斷地下地層或目標(biāo)物，如圖2所示。地下介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)與電導(dǎo)率是影響電磁波傳播速度與路徑的主要原因。

不同介質(zhì)的介電常數(shù)通常不一樣，電磁波在通過這兩種不同介質(zhì)的交界面處就會(huì)產(chǎn)生像光學(xué)的反射和折射現(xiàn)象。電磁波從發(fā)射到被接收的行程時(shí)間的計(jì)算公式

如下：

式中： z 是反射界面深度， x 是發(fā)射天線到接收天線間的距離， v 是電磁波在介質(zhì)中傳播的波速， c 是光速 ，εr 是介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。已知波速 v，可以通過讀取雷達(dá)剖面上行程時(shí)間來計(jì)算界面深度 z。

穿透介質(zhì)的波吸收程度、界面反射系數(shù)都會(huì)影響電磁脈沖反射信號(hào)的強(qiáng)度。探地雷達(dá)探測(cè)的前提條件是反射系數(shù)和反射波能量的大小與不同介質(zhì)的電磁參數(shù)差別成正比。

探地雷達(dá)的探測(cè)深度與天線的頻率成反比，而分辨率與天線的頻率成正比。所以，探地雷達(dá)技術(shù)存在著探測(cè)深度與分辨率的取舍和優(yōu)選的問題。

2.3.2工作方案

探地雷達(dá)型號(hào)為 sir-3000，天線中心頻率為400MHz，探測(cè)深度大約為2m。具體參數(shù)設(shè)置如下：數(shù)據(jù)采集模式為距離模式，測(cè)程為80納秒，采樣點(diǎn)數(shù)為512，數(shù)據(jù)位為16，增益設(shè)置為5點(diǎn)自動(dòng)增益，濾波器采用無限響應(yīng)濾波器，垂向低通濾波值為800MHz，垂向高通濾波值為100MHz，發(fā)射率為100kHz。根據(jù)碼頭現(xiàn)場(chǎng)情況，布置橫向和縱向測(cè)線，覆蓋整個(gè)碼頭后方回填區(qū)域。對(duì)采集得到的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下處理：

（1）確定地面反射波信號(hào)，調(diào)整信號(hào)零點(diǎn);

（2）調(diào)整信號(hào)增益;

（3）利用水平疊加、背景去除消除噪音干擾;

（4）無限響應(yīng)濾波;

（5）交互式解釋得到面層厚度。

3調(diào)查結(jié)果及分析

3.1缺陷外觀調(diào)查情況

（1）碼頭面層局部有塌陷及修補(bǔ)痕跡。港池中段面層南起2#分段變電箱處下面有塌陷;港池中段面層港池東北角塌陷未回填。

（2）臨水面鋼板樁接縫處漏水等缺陷，如圖3所示。

（3）港池中段水面以上部分板樁無明顯破損，靠船樁處、港池中段與上游段搭界處存在局部淤積;港池下游段水面以上部分板樁無明顯破損，板樁前沿地形平坦，前沿15m 范圍內(nèi)無明顯障礙物，其中東起1#分段與港池中段搭界處存在局部淤積，東起2#、3#、6#、9#、10#分段板樁前沿局部存在沖刷現(xiàn)象。

（4）河床與板樁與胸墻吻合良好。板樁表面光滑，無貝類存在。板樁與板樁排列整齊，縫隙均勻清晰，未檢測(cè)到其他板樁移位、斷裂、變形、偏移等病害現(xiàn)象。

3.2水下結(jié)構(gòu)探摸檢測(cè)

此次水下結(jié)構(gòu)探摸范圍為港池中段170m 及港池下游段183m。

3.2.1港池下游段

（1）下游水工結(jié)構(gòu)板樁（泥面銜接處）至胸墻底部（胸墻銜接處），板樁平均高度約4.9m。

（2）河床與板樁與胸墻吻合良好。板樁表面光滑，無貝類存在。

（3）水下板樁踏勘探摸檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，板樁與板樁排列整齊，縫隙均勻清晰，未檢測(cè)到其他板樁移位、斷裂、變形、偏移等病害現(xiàn)象。

（4）港池下游段水工結(jié)構(gòu)水下反復(fù)踏勘探摸未檢測(cè)到其他病害存在。

3.2.2港池中段

（1）1#～5#棧橋附近河床（泥面銜接處）板樁至胸墻底部（胸墻銜接處），板樁平均高度約2.61m，除了棧橋外，碼頭系統(tǒng)河床（泥面銜接處）板樁至胸墻底部（胸墻銜接處），板樁平均高度約3.63m。

（2）河床與板樁與胸墻吻合良好。板樁表面光滑，無貝類存在。

（3）水下板樁踏勘探摸檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，板樁與板樁排列整齊，縫隙均勻清晰，未檢測(cè)到板樁移位、斷裂、變形、偏移等病害現(xiàn)象。

（4）中部水工結(jié)構(gòu)水下反復(fù)踏勘探摸未檢測(cè)到其他病害存在。

3.3板樁墻后下方情況檢測(cè)

采用探地雷達(dá)對(duì)板樁墻后人行道地基淘空情況進(jìn)行檢測(cè)。分別在距離碼頭前沿1.3m 和6.0m 的位置各布置一條平行于碼頭前沿的測(cè)線，其中港池中段1.3處為1#測(cè)線，6.0m處為2#測(cè)線，港池下游段1.3處為3#測(cè)線，6.0m 處為4#測(cè)線。對(duì)采集得到的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下處理：

（1）確定地面反射波信號(hào)，調(diào)整信號(hào)零點(diǎn);

（2）調(diào)整信號(hào)增益;

（3）利用水平疊加、背景去除消除雪花噪音干擾;

（4）無限響應(yīng)濾波。

通過上述處理得到典型云圖如圖4所示。圖4中，橫軸為測(cè)線位置坐標(biāo)，縱軸為剖面深度，從上到下依次解釋如下：0m 處強(qiáng)烈的反射信號(hào)為空氣與混凝土面層交界處;約0.25m 處有連續(xù)性反射，為混凝土面層與回填層分界;混凝土面層下方有一弧形反射區(qū)，疑似面層下脫空;對(duì)應(yīng)位置下方，電磁信號(hào)反射明顯，疑似下方土體不密實(shí)。具體檢測(cè)結(jié)果見表1。

4結(jié)論

碼頭面層塌陷、鋼板樁接縫漏水等劣化問題的發(fā)生對(duì)結(jié)構(gòu)的安全勢(shì)必產(chǎn)生影響，為及時(shí)掌握工程目前的健康狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部、水下存在的安全隱患，掌握結(jié)構(gòu)的安全狀況，本文提出來采用缺陷外觀調(diào)查、水下探摸及探地雷達(dá)掃測(cè)相結(jié)合的方法綜合評(píng)定碼頭結(jié)構(gòu)安全狀況，首先通過采用外觀普查，詳細(xì)了解碼頭存在的表觀劣化情況，然后對(duì)碼頭地表采用探地雷達(dá)進(jìn)行掃測(cè)，重點(diǎn)排查存在的空洞缺陷范圍，查清碼頭面以下是否存在地表沉陷等問題，對(duì)板樁水下區(qū)域采用水下探摸進(jìn)行板樁縫隙情況檢查，綜合判斷碼頭存在的劣化問題，全面準(zhǔn)確地為碼頭的進(jìn)一步加固設(shè)計(jì)和修復(fù)提供依據(jù)。

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